基于SystemC的视频压缩重要算法建模和验证研究

论文摘要

随着集成电路制造技术迅速发展,SoC（system-on-chip）设计已经成为集成电路设计的发展方向。SoC设计的复杂度不断提高,传统的设计以及验证方法已经不能满足市场对集成电路设计的要求,需要有更有效的设计方法的支持。SystemC是系统级设计的统一硬件建模语言,支持从概念到实现的无缝设计流程,并且能够在早期进行软硬件的协同验证。使用基于SystemC的事务级设计方法可以提高设计的抽象层次,降低设计复杂度,提高仿真速度,同时基于SystemC的验证平台可以重复利用为硬件实现模块设计的验证平台。多媒体通信尤其是视频通信得到了其越来越广泛的应用,从而使多媒体芯片的研究设计成为当今最具有吸引力的研究课题之一。多媒体芯片包含了复杂的视频编解码算法,使得芯片的设计验证相当复杂。为了提高设计验证的效率,本文运用SystemC建立视频编码重要算法的事务级参考模型,并进行功能验证。本文首先对当今芯片设计以及验证发展方向以及存在的问题进行了分析,介绍了SystemC语言产生的背景以及意义,然后研究了SystemC语言的建模元素以及建模特点,着重讨论了SystemC在事务层的建模方法。本文以当今热门的视频芯片作为SystemC的建模对象,探讨了视频压缩编码原理,并且对编码流程中算法最为复杂的运动估计模块以及DCT模块进行了深入的研究。经过对运动估计模块以及DCT模块存在的各种改进算法分析和比较,选取了最优的算法。针对选取的运动估计与补偿算法以及DCT算法,本文提出了算法模型的硬件结构和控制策略,并且搭建了基于SystemC的事务级平台。平台搭建完成之后,本文对SystemC建立的系统模型进行仿真验证,仿真结果表明系统模型搭建正确,并且体现了SystemC事务级建模在提高视频芯片设计以及验证方面的优势。最后本文将DCT模块从SystemC描述映射到寄存器传输级的Verilog描述,在SystemC和Verilog混合语言仿真方面进行了有益的探索,实现了验证平台的复用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 SoC 的发展概述
• 1.1.2 传统的SoC 设计方法
• 1.1.3 IP 复用
• 1.1.4 SoC 验证技术的发展
• 1.1.5 视频通讯系统的发展
• 1.2 研究的意义和研究内容
• 1.3 论文组织结构
• 第二章SYSTEMC
• 2.1 SYSTEMC 简介
• 2.1.1 System C 的语言结构
• 2.1.2 System C 建模元素
• 2.1.3 System C 仿真内核
• 2.2 基于SYSTEMC 的建模设计方法学
• 2.2.1 System C 的设计优点
• 2.2.2 系统级设计步骤以及抽象模型
• 2.3 事务级建模
• 2.3.1 事务级概念
• 2.3.2 事务级建模种类及特点
• 2.3.3 基于SystemC 的事务级建模方法
• 2.4 基于SYSTEMC 的系统模型功能验证
• 2.5 小结
• 第三章 视频编码关键算法
• 3.1 视频压缩的必要性以及可行性
• 3.2 视频编码基本框架
• 3.3 运动估计算法研究
• 3.3.1 运动估计算法原理
• 3.3.2 最优匹配准则
• 3.3.3 搜索方法研究
• 3.3.4 MVFAST
• 3.4 DCT 算法研究
• 3.4.1 原始DCT 计算公式
• 3.4.2 改进的DCT 算法
• 3.4.3 Loeffler 算法
• 3.5 小结
• 第四章 基于SYSTEMC 的视频重要算法建模
• 4.1 系统设计方案
• 4.1.1 整体结构框图
• 4.1.2 软硬件划分
• 4.2 硬件模块详细设计
• 4.2.1 DMA 参考模型设计
• 4.2.2 MECU 模块设计
• 4.2.3 DCT 参考模型设计
• 4.3 小结
• 第五章 系统功能仿真验证
• 5.1 验证工具
• 5.2 事务级模型验证
• 5.3 SYSTEMC 到VERILOG 的转换
• 5.4 混合验证研究
• 5.4.1 混合语言设计步骤
• 5.4.2 混合语言验证实例
• 5.5 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文